Широкополосная диэлектрическая спектроскопия почв и пористых горных пород тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Крошка Елена Сергеевна

• Крошка Елена Сергеевна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Крошка Елена Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Петрофизические характеристики почв и горных пород

1.2 Диэлектрические характеристики почв

1.2.1 Комплексная диэлектрическая проницаемость и комплексный показатель преломления

1.2.2 Диэлектрические модели смесей

1.2.3 Диэлектрические модели полярных жидкостей

1.3 Электрофизические методы исследования свойств горных пород

1.3.1 Метод измерения удельного электрического сопротивления на постоянном токе

1.3.2 Метод вызванной поляризации (низкочастотный диапазон)

1.3.3 Высокочастотный диапазон (0,5-20 ГГц)

1.3.4 Широкополосная диэлектрическая спектроскопия

1.4 Обоснование выбора направления исследований

Выводы по Главе

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ

2.1 Методика подготовки образцов

2.2 Методика измерения комплексной диэлектрической проницаемости сыпучих пород в диапазоне частот 10 кГц - 20 ГГц

2.2.1 Описание экспериментальной установки

2.2.2 Методика измерения КДП в диапазоне 0,1 до 8-20 ГГц

2.2.3 Методика измерения в диапазоне 0,3 -100 МГц

2.2.4 Методика измерения КДП в диапазоне 20 Гц - 5 МГц

2.2.5 Измерение КДП пород с высокой электропроводностью

2.2.6 Анализ погрешностей измерения

2.3 Методика измерения КДП консолидированных пород в диапазоне частот 100 Гц -0,5 ГГц и анализ погрешностей

2.4 Моделирование процессов диэлектрической релаксации

2.4.1 Релаксационные модели

2.4.2 Комбинированные модели

2.4.3 Процедура определения параметров релаксационных процессов

Выводы по Главе

ГЛАВА 3. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ СЛАБОЗАСОЛЕННЫХ ПЕСКОВ, СИЛИКАГЕЛЯ С ВНУТРЕННЕЙ ПОРИСТОСТЬЮ, ТВЕРДЫХ И РАЗРУШЕННЫХ ПЕСЧАНЫХ ПОРОД

3.1 Диэлектрические характеристики слабозасоленных песков и порошков кварцевых гранул

3.1.1 Физические свойства образцов песка и порошков кварцевых гранул

3.1.2 Результаты экспериментальных измерений комплексной диэлектрической проницаемости

3.1.3 Параметры релаксационных процессов и их зависимость от влажности, проводимости, размера частиц и удельной поверхности

3.2 Диэлектрические характеристики образцов силикагеля с внутренней пористостью

3.2.1 Физические свойства образцов

3.2.2 Результаты экспериментальных измерений КДП образцов силикагелей

3.3. Диэлектрические характеристики твердых и разрушенных песчаных пород

3.3.1 Методика подготовки образцов и измерения КДП

3.3.2. Экспериментальные результаты

Выводы по Главе

ГЛАВА 4. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ СЛАБОГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ И ПОЧВ

4.1 Диэлектрические характеристики песчано-глинистых смесей

4.1.1 Физические характеристики песчано-глинистых смесей

4.1.2 Результаты измерений комплексной диэлектрической проницаемости образцов песчаных смесей

4.1.3 Параметры релаксационных процессов и их зависимость от влажности, УЭП раствора и их связь с размерами частиц песчаной фракции и содержанием глины в образцах смесей

4.2 Диэлектрические характеристики почв

4.2.1 Физические свойства образцов почв

4.2.2 Результаты экспериментальных измерений диэлектрических свойств образцов почв

4.2.3 Параметры процессов диэлектрической релаксации в почвах

4.2.4 Общая характеристика процессов диэлектрической релаксации в почвах

4.2.5 Влияние релаксационных процессов на комплексную диэлектрическую проницаемость почв на частоте 1,4 ГГц

Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Публикации автора

Сторонние источники

141

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Широкополосная диэлектрическая спектроскопия почв и пористых горных пород»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Структура порового пространства почв и горных пород является ключевой характеристикой, определяющей многие физические свойства: электропроводность, диэлектрическую проницаемость, скорость упругих волн, фильтрационные свойства, долю связанной воды, недоступной растениям. Точное знание этих свойств необходимо в геофизике для получения обоснованных исходных материалов по подсчету запасов нефти и газа; в микроволновом дистанционном зондировании для определения влажности почв.

В настоящее время существуют прямые способы изучения структуры порового пространства, позволяющие в лабораторных условиях путем изучения фотографий шлифов, методами ртутной порометрии, капиллярометрии, адсорбции газов, методом ядерно-магнитного резонанса и др. определять общую пористость, распределение пор по размеру, удельную поверхность, проницаемость, глинистость. Чаще всего каждый из этих методов нацелен на определение одной из характеристик и требует отдельной экспериментальной установки.

Большими возможностями обладают электрофизические методы исследования коллекторских свойств горных пород - пористости, извилистости поровых каналов, глинистости и проницаемости. В отличие от метода ЯМР электрофизические методы весьма чувствительны к составу насыщающего флюида (нефть, вода, солевой раствор и его концентрация). Метод широкополосной (от долей герца до единиц гигагерц) диэлектрической спектроскопии обладает большим потенциалом, поскольку позволяет обнаруживать все существующие в этом диапазоне релаксационные процессы.

Знание диэлектрических характеристик почв и пород в диапазоне частот от сотен килогерц до единиц гигагерц требуется для разработки электромагнитных методов георазведки, в том числе с использованием сверхширокополосных импульсов, для подповерхностного зондирования, для точной геонавигации при бурении горизонтальных стволов скважин, при разработке методов диэлектрического каротажа, при исследовании поверхности Земли дистанционными микроволновыми методами.

Степень разработанности темы исследования. В настоящее время для исследования природных объектов применяются сравнительно узкие частотные диапазоны. На постоянном токе измерения удельной проводимости применяются для определения показателя цементации, коэффициента извилистости, пластового коэффициента

песчаников с помощью формулы Арчи-Дахнова. Применение этой формулы для исследования глинистых пород вызывает серьезные затруднения.

На низких частотах от миллигерц до килогерц диэлектрические свойства пород достаточно хорошо изучены в связи с применением явления вызванной поляризации (ВП) для исследования геологических сред. Для изучения ВП используются два разных подхода. В режиме частотной области электропроводность или диэлектрическая проницаемость измеряются как функция частоты. В режиме временной области измеряется спад напряжения после отключения электрического тока. Многочисленные работы разных авторов выявляют связь комплексной удельной проводимости (или комплексной диэлектрической проницаемости) на этих частотах с удельной поверхностью, размерами пор и гидравлической проницаемостью. Созданы разные модели этого явления, однако они основаны на конкретных предположениях, которые выполняются не для всех материалов.

Высокочастотный диапазон (1-10 ГГц) электромагнитных волн, где диэлектрические свойства влажных почв и пород определяются ориентационной поляризацией молекул связанной и свободной воды, используется для определения общей пористости с достаточно хорошей точностью и содержания глины (с меньшей точностью) путем измерения в лабораторных условиях диэлектрической проницаемости полностью или частично насыщенных водой пород. Модели диэлектрических характеристик влажных почв необходимы при дистанционном космическом зондировании Земли. На частоте 1,4 ГГц производится исследование поверхности суши и океана методом микроволновой радиометрии по программам SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) и SMAP (Soil Moisture Active and Passive). Частота 5 ГГц используется при радиолокационной съемке поверхности Земли радаром с синтезированной апертурой (Sentinel-1). Два канала с частотами 6,93 и 10.65 ГГц многоканального радиометра GCOM-1W также могут быть использованы для исследования поверхности Земли.

Исследования диэлектрических свойств пород, проводимые в промежуточном диапазоне частот от единиц килогерц до сотен мегагерц, до последнего времени не обнаруживают надежных связей с петрофизическими характеристиками пород. Традиционно диэлектрические характеристики влажных почв и пород в этом частотном диапазоне объясняются релаксационными явлениями Максвелла-Вагнера, вызываемые поляризацией межфазных границ. Известен релаксационный процесс, вызываемый поляризацией границы вода-минерал с частотой релаксации в единицы килогерц и очень большой интенсивностью приводящий к резкому возрастанию действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости на частотах ниже нескольких сотен килогерц.

При уменьшении водонасыщенности ниже порога перколяции, когда происходит разрыв капилляров и возникает межфазная граница вода-воздух, в песчаниках проявляется еще один релаксационный процесс с частотой в десятки мегагерц. В глинистых породах при наличии свободной воды кроме этого процесса, возникает процесс с частотой в десятки килогерц. Наличие второго дополнительного релаксационного процесса может служить информационным признаком наличия глины в породе. Исследование параметров этого процесса (времени и интенсивности релаксации) может дать дополнительную информацию о свойствах глинистой породы. Поскольку параметры дополнительных релаксационных процессов сильно зависят одновременно от нескольких факторов: общей пористости, распределения пор по размеру, коэффициента водонасыщенности, глинистости (удельной поверхности), состава флюида и краевого угла смачивания, требуется проведение широкомасштабных экспериментальных исследований комплексной диэлектрической проницаемости и комплексной удельной проводимости диапазоне частот от долей герца до единиц гигагерц. Возможности спектрального диэлектрического метода до настоящего времени изучены плохо, так как отсутствовал метод диэлектрических измерений одного и того же образца в широкой полосе частот.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются почвы и пористые породы, увлажняемые водой и солевыми растворами. Предметом исследования являются процессы диэлектрической релаксации в почвах и пористых породах.

Целью диссертации является исследование взаимодействия электромагнитных волн с почвами и пористыми породами в сверхшироком частотном диапазоне (от единиц килогерц до 8-18 ГГц) и процессов диэлектрической релаксации в этом диапазоне с целью установления устойчивых связей диэлектрических характеристик пород с их петрофизическими свойствами. В связи с этим в работе решались следующие задачи:

- выбор метода измерения КДП пород в широком диапазоне частот и анализ погрешностей измерения;

- исследование релаксационных моделей для описания спектров КДП в широком диапазоне частот;

- проведение диэлектрических измерений в широком диапазоне частот песчаных образцов; песчано-глинистых смесей; мелкопористых силикагелей; твердых и разрушенных пород нефтеносных скважин; сельскохозяйственных почв;

- установление связи параметров процессов диэлектрической релаксации с физическими характеристиками исследованных образцов.

Методология и методы исследования. Методологической основой работы является широкополосная диэлектрическая спектроскопия. Комплексная диэлектрическая

проницаемость (КД11) рыхлых образцов измерялась в одной и той же коаксиальной ячейке в диапазоне частот от 10 кГц до 8-18 ГГц. КД11 твердых образцов в диапазоне частот от 100 Гц до 500 МГц измерялась в конденсаторе, включенном в разрыв центрального проводника коаксиальной линии большого сечения. Процессы диэлектрической релаксации моделировались формулами Дебая и Коула-Коула в программной среде MS Excel с использованием инструмента Solver (Поиск решения).

Научная новизна.

- Впервые проведены экспериментальные измерения комплексной диэлектрической проницаемости увлажняемых дистиллированной водой и солевым раствором образцов песков, порошков кварцевых гранул, мелкопористых силикагелей, песков с содержанием глины 5 и 10 % от массы, разрушенных образцов пород нефтеносной скважины, сельскохозяйственных почв с различным содержанием глины и гумуса в широком диапазоне частот от 10 кГц до 8-18 ГГц; твердых образцов пород нефтеносной скважины в диапазоне частот от 100 Гц до 500 МГц.

- Впервые исследованы процессы диэлектрической релаксации в широком частотном диапазоне в этих образцах. Спектры КДП моделировались тремя релаксационными процессами.

- Установлены корреляционные связи параметров процессов диэлектрической релаксации с размерами частиц и удельной поверхностью в рыхлых песчаных образцах и с размерами внутренних пор силикагелей.

- Установлено влияние глины и гумуса на интенсивность релаксационных процессов в сельскохозяйственных почвах. В глинистых почвах влияние релаксационных процессов в зависимости от содержания глины сказывается вплоть до частот 2-5 ГГц.

Положения, выносимые на защиту.

1. Интенсивность релаксационного процесса в диапазоне частот от 0,5 до 100 МГц у рыхлых песчаных образцов при увлажнении солевым раствором NaCl с концентрацией 1,5 г/л связана со средним размером частиц соотношением: Ass3 = (5,2+0,6)-102 (1/мкм)^ (0,98±0,05) (мкм), где d - средний размер частиц. Квадрат коэффициента корреляции (R2) составляет 0,95^0,99. Связь времени релаксации этого процесса со средним размером частиц имеет вид: Т3 = -(12,0+0,8)-10-2-d + (16,7±0,7), где Т3 в микросекундах, а d в нанометрах. Значения R2 составляют 0,95^0,97.

2. Добавление небольшого количества (5 % и 10 %) глины в песчаные образцы с средними размерами частиц 118 и 130 мкм приводит к возрастанию действительной и мнимой частей КД1 на низких частотах (у образца с размерами частиц 130 мкм при

увлажнении дистиллированной водой действительная часть КДП в диапазоне частот 10100 кГц возрастает в 4-6 раз). Добавление глины в песчаные образцы с крупными частицами (118 и 130 мкм) приводит к возрастанию в 3-6 раз интенсивности релаксационного процесса в диапазоне частот 0,5-100 МГц и его уменьшению при добавлении глины в образец с мелкими частицами (5 мкм) в 6-9 раз.

3. Диэлектрическая релаксация связанной воды во внутренних порах силикагелей приводит к уменьшению коэффициента поглощения электромагнитных волн в диапазоне частот от 0,8 до 2 ГГц от 0,14 до 0,11 при увеличении доли связанной воды от 0,11 м3/м3 до 0,28 м3/м3. При доле воды, близкой к адсорбционной емкости (0,27 м3/м3), на частоте 10 МГц наблюдается линейная связь действительной части КДП в' со средним размером пор й: В = 12,3 - 0,33(1/нм) • й (нм).

4. В сельскохозяйственных почвах при насыщении близком к полному (влажности 0,35-0,45 м3/м3) средние значения интенсивностей трех релаксационных процессов возрастают при увеличении содержания глины по линейному закону. Увеличение содержания органического вещества (гумуса) при прочих равных условиях приводит к уменьшению действительной и мнимой частей КДП в частотном диапазоне от 10 кГц до 8 ГГц. Зависимость частоты /г"тш, соответствующей минимальному значению в", разделяющей область преобладающего влияния релаксационных процессов и область преобладающего влияния ориентационной поляризации молекул связанной и свободной воды от содержания глины в малогумусных почвах, имеет вид/в«тт = А^вхр(ВС), где/в«тт -частота в ГГц, А = (0,779+0,019) ГГц, В =(0,025+0,001), С - содержание глины в процентах от массы.

Теоретическая и практическая значимость. Использование метода широкополосной диэлектрической спектроскопии позволяет получать непрерывные спектры диэлектрической проницаемости в диапазоне частот от единиц килогерц до единиц гигагерц, с помощью которых открывается возможность создания моделей почв и горных пород, исследования многочастотных релаксационных процессов. Полученные в работе результаты могут быть использованы для изучения свойств структуры порового пространства почв и горных пород, необходимых в геофизике при подсчете запасов нефти и газа, в микроволновом дистанционном зондировании для определения влажности почв. Найденные параметры процессов диэлектрической релаксации имеют корреляционную связь с размерами частиц и удельной поверхностью в песчаных образцах, со средним размером пор и проницаемостью в твердых образцах, с содержанием глины в натуральных почвах.

Достоверность полученных данных КДП образцов почв и пород обеспечивается использованием сертифицированных поверенных измерительных приборов, использованием проверенной методики измерений, тщательным анализом погрешностей, совпадением в пределах расчётных погрешностей результатов измерений, полученных разными методами в перекрывающихся частотных диапазонах, совпадением части измерений с результатами, полученными другими авторами. Достоверность результатов моделирования подтверждается количественным совпадением экспериментально полученных зависимостей с модельными расчетами, высокими коэффициентами корреляции полученных регрессионных зависимостей параметров моделей от петрофизических характеристик образцов.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на конференциях всероссийского и международного уровня, таких как: Двадцать первая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-21) (Омск, 2015); Всероссийская молодежная научная конференция с участием иностранных ученых «Трофимуковские чтения» (Новосибирск, 2015, 2019, 2021); «Progress In Electromagnetics Research Symposium» (PIERS) (St Petersburg, Russia 2017, Rome, Italy, 2019); XVII Международная научно-практическая конференция «Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов» (Чита, ЗабГУ, 2017); VI Региональная научно-практическая конференция с международным участием «Актуальные проблемы современной науки» (Омск: ОмГТУ, 2017); V Международная научная конференция «Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли» (Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт космических и информационных технологий, 2018); 2-я Всероссийская научная конференция молодых ученых и студентов, посвященная 85-летию академика А. Э. Конторовича «Актуальные проблемы геологии нефти и газа Сибири» (Новосибирск, 2019); 3-я Всероссийская научная конференция «Омские научные чтения-2019» (Омск, 2019); I Российская научная конференция «Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества» (Омск, 2020); 2-я Международная научная конференция «Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности. Часть 2» (Казань, 2020); The International Society for Electromagnetic Aquametry (ISEMA): The International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances (Kiel, Germany, 2021), Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы радиофизики» (Томск, 2021).

Связь с плановыми работами. Включенные в диссертацию результаты получены автором при выполнении работ в рамках следующих проектов и грантов: РФФИ № 14-0500151. Диэлектрическая релаксация в газо- нефте- водонасыщенных породах (2014- 2016);

РФФИ № 18-35-00284. Исследование процессов диэлектрической релаксации, вызванных поляризацией границ связанная вода-воздух и связанная вода-лед в глинистых породах (2018- 2019); РФФИ № 19-05-00395. Разработка физических основ сверхширокополосного диэлектрического метода исследования петрофизических свойств нефтесодержащих пород (2019-2021); Госзадание. Исследование засоленных и переувлажненных почв дистанционными радиофизическими методами, № госрегистрации АААА-А17-117030610080-9 (2017-2019).

Личный вклад. Содержание диссертационной работы и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора. Соискатель в составе коллектива Лаборатории диэлькометрии и петрофизики ФГБОУ ВО «ОмГПУ» принимала непосредственное участие в работе по подготовке к публикациям по теме исследований, изложенных в диссертационной работе. Автором выполнен большой объем широкополосных измерений комплексной диэлектрической проницаемости песков, порошков кварцевых гранул, пород нефтеносных скважин, песчано-глинистых смесей и некоторых натуральных почв. Основная часть расчетов и моделирования процессов релаксации комплексной диэлектрической проницаемости была выполнена соискателем самостоятельно.

Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 26 публикациях, 9 из которых изданы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных перечнем ВАК, 17 — в материалах конференций, 12 из общего числа публикаций - в изданиях, индексируемых Web of Science и Scopus.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, 4 глав и Заключения. Полный объём диссертации составляет 156 страниц, включая 80 рисунков и 18 таблиц. Список литературы содержит 145 наименований.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Петрофизические характеристики почв и горных пород

Для правильного толкования измеренных физических полей необходимо знать физические свойства среды, обусловившие физическое поле. То есть важными для изучения являются физические свойства горных пород, из которых состоит изучаемый объект. Исследования физических свойств пород в геологии и геофизике, ведущиеся для изучения горных пород и руд, являются специфическими и характеризуются своими задачами, теорией, методикой. Физическими свойствами являются характерные качества, присущие веществам - твердым, жидким и газообразным: это плотность, упругость, магнитные свойства, электропроводность, диэлектрическая проницаемость, теплопроводность, радиоактивность и др. [1].

Определяющими параметрами почв и горных пород в задачах дистанционного зондирования, подповерхностного зондирования, диэлектрического каротажа являются диэлектрическая проницаемость и проводимость, которые зависят от частоты, влажности, температуры, пористости, размера пор, диаметра капилляров и солености увлажняющего раствора. Сложность определения необходимых параметров почвогрунтов заключается том, что почвы являются многокомпонентными средами, представляющей собой довольно сложную органоминеральную полидисперсную гетерогенную систему, состоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз, которые, в свою очередь, различаются по минералогическому и химическому составу. Минеральная основа почвы определяется формой и размером частиц, содержание органического вещества и солей, пористостью [2],

[3].

Соотношение между объемами, массами разных фаз, входящих в состав почвы, различных для разных почв и меняющихся под воздействием климатических условий, характера растительности оказывает большое влияние на различие физических свойств почв. [4], [5], [6]

В поровом пространстве почв могут находиться воздух и вода, точнее, почвенный раствор, а в нефте- газонасыщенных породах еще нефть и газ, содержание которых и определяют, в основном, значения комплексной диэлектрической проницаемости. Для

описаний важных физических параметров почв были введены характеристики, представленные ниже [3], [7].

Одним из основных физических параметров вещества является плотность. Плотность -определяется как отношение массы горной породы (минерала) к объему породы (минерала), т.е. отношение массы твердой, жидкой и газовой фаз к его объему:

Р

тп _ щв+тж+m

Vn VTe + VЖ + Vnop (1 1)

где mn - масса образца породы, состоящей из массы твердой ттв, жидкости тж и газа тг. Объем образца Vn складывается из объема твердой Vme, жидкой Vж и газовой Vnop фаз. Плотность сухого сложения:

Рс

ттв

V , (12)

где ттв - масса твердой фазы, V- общий объем почвы.

Следующей важной характеристикой является пористость. Горная порода является многофазной системой, состоящей из твердой фазы (минерального скелета) и порового пространства, заполненного воздухом и (или) жидкостью. Поры в горной породе могут сообщаться друг с другом или быть изолированы минеральным скелетом. Количественно пористость можно выразить отношением объема пустот (пор) Vnop к общему объему грунта.

V

^ поР

К П- —, (1.3)

где Vnop - объем всех пор, V - общий объем образца грунта.

Также пористость грунтов удобно рассчитывать по выражению, где она связана с плотностью грунта и плотностью твердых частиц:

Кп - 1 , (1.4)

Рм инч.

где Рминч - плотность минеральной частицы, рТв - плотность твердой фазы.

Общая пористость песчаных и глинистых пород изменяется в довольно широких пределах в зависимости от формы и размера слагающих их частиц, плотности сложения, сечения и характера цементации.

Связанные между собой поры принято называть открытыми, а не связанные -закрытыми. Суммарный объем закрытых и открытых пор горной породы Vnop дает объем всех пор и характеризует ее общую пористость.

Пористость неоднородных по гранулометрическому составу пород обычно меньше, чем однородных, хорошо отсортированных, так как в неоднородных породах более мелкие частицы располагаются среди более крупных, и общая плотность упаковки повышается. Чем меньше коэффициент неоднородности гранулометрического состава пород, тем выше их пористость [1].

В естественном залегании поры всегда заполнены флюидом - жидкостью (пластовая вода, нефть) или газом, или их смесью, иногда еще рассматривается еще одна компонента в качестве порозаполнителя - цемент, более мягкий, чем зерна, но более жесткий, чем флюид. В данном случае существует такая характеристика как порог просачивания (перколяция) - состояние перехода от полностью изолированных пор к появлению гидравлической связности порового пространства, то есть к возникновению проницаемости.

Самый низкий порог перколяции наблюдается у игольчатых или сильно сплюснутых по форме пор, а также у трещин: гидравлическая связность появляется, когда общая пористость достигает долей процента. У зернистых пород с почти изометричными порами порог просачивания зависит от цементации. У чистых несцементированных песков пористость всегда выше порога просачивания. У пород с высокой глинистостью, песчано-глинистых пород порог просачивания может быть близок к величине средней пористости 0,15 - 0,30, если промежутки между песчинками, заполненные глиной, относить к поровому пространству.

У влагонасыщенных зернистых сред при увеличении пористости может наступить состояние, когда зерна перестанут контактировать друг с другом, и твердая порода превратится во взвесь. Пористость, при которой происходит это превращение, называют критической. Например, взвесь, представленная донным илом с пористостью 0,7, считается горной породой.

При общей пористости, лежащей в интервале между минимальной и критической пористостью, далеко не все поры участвуют в переносе флюида, часть порового пространства является изолированным или тупиковыми порами.

Следующей не менее важной характеристикой физических параметров породы является влажность.

Весовая влажность определяется с помощью выражения:

т

Ж =т

вес

тс

где тв - масса воды, тс - масса сухой почвы.

Объемную влажность можно определить следующим образом:

V, (1.6)

где Ув - объем воды в почве.

Использование объемной влажности по сравнению с массовой в некоторых случаях удобнее, поскольку она непосредственно применяется в расчетах потоков воды, количеств добавленной в почву воды при искусственном увлажнении или дожде и удаленной из почвы при испарении, транспирации или дренаже.

Объемная влажность имеет следующую связь с массовой влажностью:

Кб = КесРо . (1.7)

Проницаемость - очень важная характеристика несплошных сред, являющаяся мерой гидравлической связи между порами. Проницаемость породы определяет ее фильтрационные свойства. Таким образом, пористость и проницаемость в совокупности полностью характеризуют коллекторские, или фильтрационно-емкостные, свойства породы.

Проницаемость тесно связана с пористостью, но связь эта не однозначна. На проницаемость влияет большей частью размер и особенно форма пор, определяющая их гидравлическую связанность, чем объем порового пространства. Вот поэтому изменения проницаемости с пористостью сильно зависят от типа породы. Например, у трещин емкость пренебрежительно мала, а проницаемость может быть очень велика.

Первые исследования фильтрации жидкости в пористых средах проведены французскими инженерами Дарси и Дюпюи, работы которых положили начало теории фильтрации [8]. При изучении движения воды через песчаные фильтры была установлена экспериментальная зависимость, в которую входит коэффициент фильтрации, представляющий собой скорость фильтрации при гидравлическом уклоне, равном единице, и имеющий размерность скорости.

1.2 Диэлектрические характеристики почв

1.2.1 Комплексная диэлектрическая проницаемость и комплексный

показатель преломления

Комплексная диэлектрическая проницаемость (КДП), являющаяся одной из важнейших электродинамических характеристик почв и грунтов (дисперсных смесей), оказывает большое влияние на их радиотепловое излучение в микроволновом диапазоне, также как температура и структурный состав поверхности, на скорость распространения электромагнитных волн и затухание. Она может быть выражена следующим образом:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Крошка Елена Сергеевна, 2022 год

ЛИТЕРАТУРА

Публикации автора

Статьи в журналах из перечня ВАК:

А1. Репин, А. В. Способы уменьшения погрешности измерения комплексной диэлектрической проницаемости материалов с высокой электропроводностью / А. В. Репин, Т. А. Беляева, О. В. Родионова, Е. С. Крошка // Известия вузов. Физика. - 2015. - Т. 58. № 8/2. - С. 32-35. А2.Бобров, П. П. Моделирование процессов диэлектрической релаксации во влажных песчаных породах / П. П. Бобров, В. Н. Красноухова, Е. С. Крошка, А. С. Лапина // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2017. - Т. 60. № 4. - С. 135-140. Bobrov, P. P. Modeling of Dielectric Relaxation Processes in Moist Sand Rocks / P. P. Bobrov, V. N. Krasnoukhova, E. S. Kroshka, A. S. Lapina // Russian Physics Journal. - 2017. - V.60, № 4. - P. 711-716. (Q3, IF=0.664, Scopus, WoS) А3.Belyaeva, T. A. The effect of very low water content on the complex dielectric permittivity of clays, sand-clay and sand rocks / T. A. Belyaeva, P. P. Bobrov, E. S. Kroshka, A. S. Lapina, O. V. Rodionova // Measurement Science and Technology. - 2017. - V. 28. - P. 014005. (Q2, IF=2.046, Scopus, WoS) А4.Бобров, П. П. Определение влажности образцов почв диэлектрическим методом / П. П. Бобров, Т. А. Беляева, Е. С. Крошка, О. В. Родионова // Почвоведение. - 2019. -№ 7. - С. 859-871.

Bobrov, P. P. Soil moisture measurement by the dielectric method / P. P. Bobrov, T. A. Belyaeva, E. S. Kroshka, O. V. Rodionova // Eurasian Soil Science. - 2019. - V. 52, № 7. - P. 822-833(Q2, IF=1.369, Scopus, WoS). А5.Bobrov, P. P. Combined dielectric model of sandy soils in the frequency range from 10 kHz to 8 GHz / P. P. Bobrov, T. A. Belyaeva, E. S. Kroshka // Journal of Applied Geophysics. -2018. - V. 159. - P. 616-620 (Q2, IF=2.121, Scopus, WoS). Аб.Бобров, П.П. Диэлектрическая спектроскопия слабозасоленных песков / П.П. Бобров, Т.А. Беляева, Е.С. Крошка, О.В. Родионова // Геология и геофизика. - 2021.

DOI: 10.15372/GiG2021107 (Q2, IF=1.206, Scopus, WoS).

А7. Бобров, П. П. Связь низкочастотной диэлектрической проницаемости с проводимостью слабозасоленных образцов песка / П. П. Бобров, Т. А. Беляева, Е. С. Крошка, О. В. Родионова // Техника радиосвязи. Омский научно-исследовательский институт приборостроения. Омск. - 2020. - Выпуск 3 (46). - С. 85-94.

А8. Репин, А. В. Моделирование диэлектрической релаксации в глинах при отрицательных и положительных температурах / А. В. Репин, О. В. Родионова, Е. С. Крошка // Известия вузов. Физика. - 2021. - Т. 64, № 1. - С. 58-63.

Repin, A.V. Modeling of Dielectric Relaxation in Clays at Negative and Positive Temperatures / A.V. Repin, O.V. Rodionova, E.S. Kroshka, // Russian Physics Journal. - 2021. - V. 64. № 1. - P. 67-73. (Q3, IF=0.664, Scopus, WoS)

А9.Бобров, П. П. О параметрах диэлектрической модели почв, используемой в алгоритме SMOS / П. П. Бобров, Т. А. Беляева, Е. С. Крошка, О. В. Родионова / Техника радиосвязи. Омск. - 2021. - Выпуск 1 (48). - С. 85-94.

В сборниках трудов конференций и прочих изданиях:

А10. Belyaeva, T. A. Complex dielectric permittivity of saline soils and rocks at frequencies from 10 kHz to 8 GHz / T. A. Belyaeva, P. P. Bobrov, E. S. Kroshka, A. V. Repin // Proceedings of 2017 Progress in Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS). St Petersburg, Russia. - 22-25 May, 2017. - P. 3046-3051 (Scopus, WoS).

А11. Bobrov, P. P. Relaxation model of complex relative permittivity of sandstones for the frequency range from 10 kHz to 1 GHz / P. P. Bobrov, E. S. Kroshka, A. S. Lapina, A. V. Repin // Proceedings of 2017 Progress in Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS). St Petersburg, Russia. - 22-25 May 2017. - P. 3046-3051 (Scopus, WoS).

А12.Kroshka, E. S. Dielectric Relaxation in Clays in a Wide Range of Frequencies at Temperatures from -15°C to 25°C / E. S. Kroshka, A. V. Repin, O. V. Rodionova // 2019 Photonics & Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS-Spring). Rome, Italy, 17-20 June, 2019. - 2019. - Р. 2167-2172 (Scopus, WoS).

А13. Bobrov, P. P. Dielectric Relaxation in Wet Soils at Frequencies from 10 kHz to 10 MHz / P. P. Bobrov, T. A. Belyaeva, E. S. Kroshka, O. V. Rodionova // 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS-Spring). Rome, Italy, 17-20 June, 2019. - 2019. - Р. 2160-2166 (Scopus, WoS).

А14.Kroshka, E. S. Effect of Internal Pore Sizes of the Silica Gel on the Dielectric Permittivity in the Frequency Range from 100 Hz to 8 GHz / E. S. Kroshka, P. P. Bobrov// 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS-Spring). Rome,

Italy, 17-20 June, 2019. - 2019. - Р. 3464-3468 (Scopus, WoS).

А15. Bobrov, P. P. Dielectric Spectroscopy of Slightly Saline Sandy-Clay Mixtures in the Frequency Range from 10 kHz to 10 GHz / P. P. Bobrov, T. A. Belyaeva, E. S. Kroshka, O. V. Rodionova // 13 th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances (ISEMA). Kiel, Germany. - 26-30 July, 2021. - P. 122-127 (Scopus, WoS).

А16. Беляева, Т. А. Проявление растворяющей способности связанной воды в диэлектрической проницаемости засоленного бентонита / Т. А. Беляева, П. П. Бобров, Е. С. Крошка, А. В. Репин // Материалы Всероссийской молодежной научной конференции с участием иностранных ученых «Трофимуковские чтения - 2015». Новосибирск: РИЦ НГУ - 2015. - С. 245-248.

А17. Крошка, Е. С. О диэлектрической проницаемости почвы антенных полигонов / Е. С. Крошка // Сборник тезисов, материалы Двадцать первой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-21, Омск): материалы конференции, тезисы докладов: В 1 т.Т.1 - Екатеринбург - Омск: издательство АСФ России, - 2015. - С. 454-455.

А18. Беляева, Т. А. Влияние релаксационных процессов на комплексную диэлектрическую проницаемость почв при положительных и отрицательных температурах / Т. А. Беляева, П. П. Бобров, Е. С. Крошка // Материалы V Международной научной конференции «Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли». Красноярск: Сибирский федеральный университет. Институт космических и информационных технологий. - 2018. - С. 77-81.

А19.Репин, А. В. Диэлектрическая релаксация в глинах в широком диапазоне частот при отрицательных и положительных температурах / А. В. Репин, О. В. Родионова, Е. С. Крошка // Материалы V Международной научной конференции «Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли». - Красноярск: Сибирский федеральный университет. Институт космических и информационных технологий. -2018. - С. 194-198.

А20. Крошка, Е. С. О возможности определения размеров пор силикагелей и буровых шламов по данным диэлектрических и ЯМР-измерений / Е. С. Крошка, П. П. Бобров, О. В. Родионова, М. Й. Шумскайте // Материалы Всероссийской молодежной научной конференции с участием иностранных ученых «Трофимуковские чтения -2019». Новосибирск: ИНГГ СО РАН. - 2019. - С. 176-179.

А21. Бобров, П. П. Связь низкочастотной диэлектрической проницаемости с проводимостью слабозасоленных образцов песка / П. П. Бобров, Т. А. Беляева, Е. С.

Крошка, О. В. Родионова // Тезисы докладов I Российской научной конференции «Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества». Омск. - 6-8 октября, 2020. - С. 69-70.

А22. Бобров, П. П. О параметрах диэлектрической модели почв, используемой в алгоритме SMOS / П. П. Бобров, Т. А. Беляева, Е. С. Крошка, О. В. Родионова // Тезисы докладов I Российской научной конференции «Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества». Омск. - 6-8 октября, 2020. - С. 67-68.

А23.Репин, А. В. Физические принципы моделирования спектров диэлектрической проницаемости глин в широком частотном диапазоне / А. В. Репин, Е. С. Крошка, О. В. Родионова // Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности: сборник научных статей второй международной научной конференции. Часть 2. Казань: ООО «Конверт». - 28-29 февраля, 2020. - С. 18-21.

А24. Бобров, П. П. Учет частотной зависимости диэлектрической проницаемости грунтов при проектировании и моделировании приземных антенн / П. П. Бобров, С. В. Кривальцевич, Е. С. Крошка // Техника радиосвязи. - 2015. - №4 (27). - С.72-79.

Сторонние источники

1. Зинченко, В. С. Петрофизические основы гидрогеологической и инженерно-геологической интерпретации геофизических данных: учебное пособие для студентов вузов / В. С. Зинченко - М. Тверь: Изд. АИС, 2005. - 392 с.

2. Campbell, J. E. Dielectric properties and influence of conductivity in soils at one to fifty megahertz / J. E. Campbell // Soil Science Society of America Journal. - 1990. - V.54. -P.332-341.

3. Воронин, А. Д. Основы физики почв / А. Д. Воронин - М.: МГУ 1986. - 243 С.

4. Роде, А. А. Основы учения о почвенной влаге. Том 1: Водные свойства почв и передвижение почвенной влаги / А. А. Роде - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1965. -664 с.

5. Качинский, Н. А. Физика почвы. Часть 2, Водно-физические свойства и режимы почв / Н. А. Качинский - М.: Высшая школа, 1970. - 359 с.

6. Кауричев, И. С. Почвоведение. Под ред. И. С. Кауричева. 4-е перераб. и доп. изд. / И.

С. Кауричев, Н. П. Панов, Н. Н. Розов и др. - М.: Агропромиздат, 1989. - 719 с.

7. Вахромеев, Г. С. Петрофизика: учебник для вузов / Г. С. Вахромеев, Л. Я. Ерофеев, В. С. Канайкин, Г. Г. Номоконова - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1997. - 462 с.

8. Darcy, Henry. Les fontaines publiques de la ville de Dijon: exposition et application des principes á suivre et des formules á employer dans les questions de distribution d'eau.... / Darcy Henry - Paris: V. Dalmont, 1856. - VII+647 с.

9. Никольский, В. В. Электродинамика и распространение радиоволн: учебное пособие / В. В. Никольский - М.: Наука. 1978. - 544 с.

10. Shivola, A. H. How strict are theoretical bounds for dielectric properties of mixtures / A.H. Shivola // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. - 2002. - V.40, № 4. - P. 880-886.

11. Wobschall, D. A theory of the complex dielectric permittivity of soil containing water: the semidisperse model / D. Wobschall // IEEE on Geoscience Electronics. - 1977. - V.GE-15, № 1. - P.49-57.

12. Bruggeman, D. A. G. Berechnung verschiedemer physikalischer Konstanten von hetarogenen Substanzen / D. A. G. Bruggeman // Ann. Phys. - 1935. - V. 416, № 7. - P. 636-679.

13. Cosenza, P. Differential effective medium schemes for investigating the relationship between high-frequency relative dielectric permittivity and water content of soils / P. Cosenza, C. Camerlynck, A. Tabbagh // Water Resour. Res. - 2003. - V. 39, № 9. - P. 1230

14. Tuncer, E. Dielectric mixtures: electrical properties and modeling / E. Tuncer, Y. V. Serdyuk, S. M. Gubanski // IEEE Trans. Dielec. Electr. Insul. - Oct 2002. - V. 9, № 5. - P. 809-828.

15. Shutko, A. M. Mixture formulas applied in estimation of dielectric and radiative characteristics of soils and grounds at microwave frequencies / A.M. Shutko, E. M. Reutov // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. - 1982. - V. GE-20, № 1. - P. 29-31.

16. Birchak, J. R. High dielectric constant microwave probes for sensing soil moisture / J. R. Birchak, G. G. Gardner, J. E. Hipp, J. M. Victor // Proceeding IEEE. - 1974. - V. 62, № 1. - P. 93-98.

17. Mironov, V. L. Generalized refractive mixing dielectric model for moist soils / V. L. Mironov, M. C. Dobson, V. H. Kaupp, S. A. Komarov, V. N. Kleshchenko // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 2004. - V. 42, №4. - P. 773-785

18. Lin, C.-P. Frequency domain versus travel time analyses of TDR waveforms for soil moisture measurements / C.-P. Lin // Soil Sci. Soc. Am. J. - 2003. - V. 67, № 3. - P. 720729.

19. Brovelli, А. Effective permittivity of porous media: A critical analysis of the complex

refractive index model / A. Brovelli, G. Cassiani // Geophys. Prospecting. - 2008. - V. 56, № 5. - P. 715-727.

20. Brovelli, А. Combined estimation of effective electrical conductivity and permittivity for soil monitoring / A. Brovelli, G. Cassiani // Water Resour. Res. - 2011. - V. 47, W08510.

21. Cole, K.S. Dispersion and absorption in dielectrics / K. S. Cole, R. H. Cole // J. Phys. Chem. - 1941. - V. 9. - P. 341-351.

22. Davidson, D. W. Dielectric relaxation in glycerol, propylene glycol and n-propanol / D. W. Davidson, R. H. Cole // J. Chem. Physics. - 1951. - V. 19. - P. 1484-1490.

23. Havriliak, S. A complex plane analysis of a-dispersion in some polymer systems / S. Havriliak, S. Negami // J. Polym. sci. C. - 1966. - V. 14. - P. 99-117.

24. Дахнов, В.Н. Интерпретация каротажных диаграмм / В. Н. Дахнов - М.: Госгеолтехиздат, 1941. - 496 с.

25. Archie, G. E. The electrical resistivity log as an aid in determining some reservoir characteristics / G. E. Archie // Tran. AIME. - 1942. - V. 146. - P. 54-62.

26. Еникеев, Б. Н. 70 лет уравнению Дахнова-Арчи / Б. Н. Еникеев // Каротажник. -2011. - Вып. 205, № 7. - С. 209-226.

27. Maxwell. Philosophical Transactions of the Royal Society of London / Maxwell, J. C. Garnett // Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character. - 1904. -V. 203. - P. 385-420.

28. Нестерова, Г. В. Математические модели электропроводности двухкомпонентных сред и формула Арчи (по материалам публикаций) / Г. В. Нестерова // Каротажник.

- 2008. - Вып. 175, № 10. - С. 81-101.

29. Worlington, P. F. Petrophysical Type Curves for Identifying the Electrical Character of Petroleum Reservoirs / P. F. Worlington // SPE Reservoir Evaluation & Engineering. -2007. - P. 711-729.

30. Sen, P. N. Self-similar model for sedimentary rocks with application to the dielectric constant of fused glass beads / P. N. Sen, C. Scala, M. H. Cohen // Geophysics. - 1981. -V. 46. - P. 781-795.

31. Mendelson, K. S. The effect of grain anisotropy on the electrical properties of sedimentary rocks / K. S. Mendelson, M. H. Cohen // Geophysics. - 1982. - V. 47. - P. 257-263

32. Кринари, А. И. О зависимости между удельным сопротивлением и коллекторскими свойствами водоносных терригенных пород / А. И. Кринари // Геология нефти и газа.

- 1958. - № 07. - С. 52-56.

33. Котяхов, Ф. И. Основы физики нефтяного пласта / Ф. И. Котяхов - М.: Гостоптехиздат, 1956. - 364 с.

34. Комаров, С. Г. Определение пористости пород по удельному сопротивлению / С. Г. Комаров // Прикладная геофизика, Гостоптехиздат. - 1956. - Вып. 14.

35. Эйдман, И. Е. Удельное электрическое сопротивление / И. Е. Эйдман // Прикладная геофизика. - 1956. - Вып. 15.

36. Морозов, Г. С. Метод определения плотности осадочных пород по данным каротажа / Г. С. Морозов // Ученые записки Казанского гос. Университета. - 1956. - Т. 116, Кн. 5.

37. Ельцов, И. Н. Обобщение формулы Арчи и типы радиального распределения удельного электрического сопротивления в прискважинной зоне / И. Н. Ельцов, А. А. Кашеваров, М. И. Эпов // Геофизический вестник. - 2004. - № 7. - С. 9-14.

38. Ellis, M. H. An anisotropic model for the electrical resistivity of two-phase geologic materials / M. H. Ellis, M. C. Sinha, T. A. Minshull, J. Sothcott, A. I. Best // Geophysics. - 2010. - V. 75, № 6. - P. E161-E170.

39. Lima, de O.A.L. A grain conductivity approach to shaly sandstones / Lima de O.A.L., M. M. Sharma // Geophysics. - 1990. - V. 55, № 10. - P. 1347-1356.

40. Lima, de O.A.L. Water saturation and permeability from resistivity, dielectric and porosity log / Lima de O.A.L. // Geophysics. - 1995. - V. 60, № 6. - P. 1756-1764.

41. Lima, de O.A.L. Estimation of hydraulic parameters of shaly sandstone aquifers from geoelectrical measurements / Lima de O.A.L., S. Niwas // J. Hydrol. - 2000. - V. 235. -P. 12-26.

42. Hendary, Z., Improved estimation of mineral and volumetric concentrations from well logs in thinly bedded and invaded formations / Z. Hendary, C. Torres-Verdín, W. E. Preeg // Geophysics. - 2012. - V. 77, № 3. - P. WA79-WA98.

43. Wang, Zh. Modeling of seabed logging data for a sand-shale reservoir / Zh., Wang, L.-J. Gelius // PIERS Online. - 2007. - V. 3, № 2. - P. 236-240.

44. Herrick, D. C. On the quagmire of «shaly sand» saturation equations / D. C. Herrick, W. D. Kennedy // SPWLA 50th Annual Logging Symposium. The Woodlands, Texas. - June 21-24, 2009.

45. Kennedy, W. D. Conductivity models for Archie rocks / W. D. Kennedy, D. C. Herrick // Geophysics. - 2012. - V. 77, № 3. - P. WA109-WA128.

46. Пеньковский, В. И. Проникновение пресной воды в насыщенную электролитом глину (эксперимент) / В. И. Пеньковский, Н. К. Корсакова // ПМТФ. - 2012. - Т. 53, № 3. -С. 90-98.

47. Yue, W. Z. A new non-Archie model for pore structure: numerical experiments using digital rock models / W. Z. Yue, G. Tao // Geophysics. J. Int. - 2013. - V. 195, № 1. - P. 282-291.

48. Глинских, В. Н. Моделирование и инверсия данных электромагнитного каротажа с использованием петрофизических моделей электропроводности / В. Н. Глинских, Г. В. Нестерова, М. И. Эпов // Геология и геофизика. - 2014. - Т. 55, № 5-6. - С. 10011010.

49. Glover, P. W. J. A generalized Archie's law for n phases / P. W. J. Glover // Geophysics. -2010. - V. 75, № 6. - P. E247-E265.

50. Li, K. In situ estimation of relative permeability from resistivity measurements / K. Li, M. Shapiro, R.N. Home et al. // Petroleum Geoscience. - 2014. - V. 20. - P. 143-151.

51. Revil, A. Effective conductivity and permittivity of unsaturated porous materials in the frequency range 1 mHz-1GH / A. Revil // Water Resources Research. - 2013. -V. 49. -P. 306-327.

52. Tarasov, A. Relaxation time distribution from time domain induced polarization measurements / A. Tarasov, K. Titov // Geophysics. J. Int. - 2007. - V.170. - P. 31-43.

53. Шлюмберже, К. Подземная электрическая разведка / К. Шлюмберже - М-Л.: Объед. науч.-техн. изд-во, 1932. - 74 с.

54. Schwarz, G. A theory of the low-frequency dispersion of colloidal particles in electrolyte solution / G. Schwarz // J. Phys. Chem. - 1962. - V. 66. - P. 2636-2642.

55. Kemna, A. An overview of the spectral induced polarization method for near-surface applications / A. Kemna, A. Binley, G. Cassiani, E. Niederleithinger, A. Revil, L. Slater, K. H. Williams, A. F. Orozco, F.-H. Haegel, A. Hördt, S. Kruschwitz, V. Leroux, K. Titov, E. Zimmermann // Near Surface Geophysics. - 2012. - V. 10, № 6. - P. 453-468.

56. Kruschwitz, S. Textural controls on low- frequency spectra of porous media / S. Kruschwitz, A. Binley, D. Lesmes, A. Elshenawy // Geophysics. - 2010. - V. 75. - P. 113123.

57. Revil, A. Predicting permeability from the characteristic relaxation time and intrinsic formation factor of complex conductivity spectra / A. Revil, A. Binley, L. Mejus, P. Kessouri // Water Resources Research. - 2015. - V.51. - P. 6672-6700.

58. Niu, Q. Textural control on the quadrature conductivity of porous media / Q. Niu, M. Prasad, A. Revil, M. Saidian // Geophysics. - 2016. - V. 81. - P. E297-E309.

59. Каменецкий, Ф. М. Три лекции о вызванной поляризации геологической среды / Ф. М. Каменецкий, Г. М. Тригубович, А. В. - Чернышев Мюнхен, Вела Ферлаг, 2014. -58 с.

60. Рыжов, А. А. Основные закономерности вызванной поляризации горных пород / А. А. Рыжов // В сб. Применение метода вызванной поляризации при поисках месторождений полезных ископаемых. М.: изд. МГРИ. - 1987. - C.179-191.

61. Binley, A. Relationship between spectral induced polarization and hydraulic properties of saturated and unsaturated sandstone / A. Binley, L. D. Slater, M. Fukes, G. Cassiani // Water Resources Research. - 2005. - V. 41. - P. W12417.

62. Koch, K. Relating the permeability of quartz sands to their grain size and spectral induced polarization characteristics / K. Koch, A. Revil, K. Holliger // Geophysics. J. Int. - 2012. - V. 190 (1). - P. 230-242.

63. Koch, K. Impact of changes in grain size and pore space on the hydraulic conductivity and spectral induced polarization response of sand / K. Koch, A. Kemna, J. Irving, K. Holliger // Hydrol. Earth Syst. Sci. - 2011. - V. 15. - P. 1785-1794.

64. Barreto, A. N. Fluid salinity, clay content, and permeability of rocks determined through complex resistivity partition fraction decomposition / A. N. Barreto, C. A. Dias // Geophysics. - 2014. - V. 79, № 5. - P. D333-D347.

65. Kavian, M. A new empirical complex electrical resistivity model / M. Kavian, E. C. Slob, W. A. Mulder // Geophysics. - 2012. - V. 77, № 3. - P. E185-E191.

66. Robinson, J. SIP time constant based petrophysical relations for two sandstone formations: the role of pore volume normalized surface area / J. Robinson, L. Slater, K. Keating et al. // 4th International Workshop on Induced Polarization(IP2016). Aarhus, Denmark. - 6-8 June 2016.

67. Weller, A. Effect of changing water salinity on complex conductivity spectra of sandstones / A. Weller, K. Breede, L. Slater et al. // Geophysics. - 2011. - V. 76. - P. F315-F327.

68. Hördt, A. The dependence of induced polarization on fluid salinity and pH, studied with an extended model of membrane polarization / A. Hördt, K. Bairlein, A. Bielefeld et al. // Journal of Applied Geophysics. - 2016. - V. 135. - Р. 408-417.

69. Kruschwitz, S. Towards a better understanding of electrical relaxation [Электронный ресурс] / S. Kruschwitz, M. Halisch, C. Prinz et al. // Intern. Symp. Soc. Core Analysts (SCA2017-080). Vienna, Austria. - 27 Aug. - 1 Sept. 2017. - Режим доступа URL: http://j gmaas.com/SCA/2017/SCA2017-080.pdf

70. Weller, A. Induced polarization and pore radius - a discussion / A. Weller, Z. Zhang, L. Slater, S. Kruschwitz, M. Halisch // Geophysics. - 2016. - V. 81. - P. D519-D526.

71. Kruschwitz, S. Toward a better understanding of low-frequency electrical relaxation - An enhanced pore space characterization / S. Kruschwitz, M. Halisch, R. Dlugosch, C. Prinz // Geophysics. - 2020. - V. 85. - P. MR257-MR270.

72. Osterman, G. A laboratory study to estimate pore geometric parameters of sandstones using complex conductivity and nuclear magnetic resonance for permeability prediction / G. Osterman, K. Keating, A. Binley, L. Slater // Water Resour. Res. - 2016. - V. 52. - P. 4321-

4337.

73. Lundien, J. R. Terrain analysis by electromagnetic means: Technical report 3-727 / J. R. Lundien - U. S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS. - 1971.

74. Newton, R. W. Microwave remote sensing and its application to soil moisture detection: Technical report RSC-81 / R. W. Newton - Texas A&M University, College Station, TX.

- 1977.

75. Wang, J. Dielectric constants of soils at microwave frequencies - II: Technical report 1238 / J. Wang, T. Schmugge, D. Williams - National Administration, NASA. - 1978.

76. Лещанский, Ю. И. Электрические параметры песчаного и глинистого грунтов в диапазоне сантиметровых, дециметровых и метровых волн / Ю. И. Лещанский, Г. Н. Лебедева, В.Д. Шумилин // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. -1971. - Т.14, № 4. - С. 562-569.

77. Hipp, J.E. Soil electromagnetic parameters as function of frequency, foil density, and soil moisture / J.E. Hipp // Proceedings of the IEEE. -1974. - V.62, № 1. - P. 98-103.

78. Wang, J. R. An empirical model for the complex dielectric permittivity of soils as a function of water content / J. R. Wang, T. J. Schmugge // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 1980. - V.GE-18. - № 4. - P. 288-295.

79. Peplinski, N. R. Dielectric properties of soils in the 0.3-1.3 GHz range / N. R. Peplinski, F. T. Ulaby, M. C. Dobson // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 1995.

- V.33, №3. - P. 803-807.

80. Curtis, J. O. Moist effect on the dielectric properties of soils / J. O. Curtis // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 2001. - V.39, №1. - P. 125-128.

81. Комаров, С. А. Исследование диэлектрического спектра комплексной диэлектрической проницаемости влажных почвогрунтов / С. А. Комаров, В. Л. Миронов, Ю. И. Лукин // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2006. - Т. 49, № 9. - С. 29-34.

82. Беляева, Т. А. О выборе диэлектрической модели при определении диэлектрической проницаемости связанной воды в грунтах / Т. А. Беляева, А. П. Бобров, П. П. Бобров, В. Н. Мандрыгина // Тезисы доклада Второй открытой Всероссийской конференции Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Москва. -16-18 ноября 2004. - С. 181.

83. Hallikainen, M. T. Microwave dielectric behavior of wet soil - part II: dielectric mixing models / M. T. Hallikainen, M. C. Dobson, F. T. Ulaby, M. A. El-Rayes // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 1985. - V.GE-23. - №1. - P. 35-45.

84. Бобров, П.П. Спектроскопическая модель диэлектрической проницаемости почв,

использующая стандартизованные агрофизические показатели / П. П. Бобров, В. Л. Миронов, О. А. Ивченко, В. Н. Красноухова // Исследование Земли из космоса. - 2008.

- № 1. - С. 15-23.

85. Mironov, V. L. Temperature dependable microwave dielectric model for moist soils / V. L. Mironov, S. V. Fomin // PIERS Proceedings. Beijing, China. - March 23-27, 2009. - P. 831-835.

86. Mironov, V. L. Temperature and mineralogy dependable model for microwave dielectric spectra of moist soils / V. L. Mironov, S. V. Fomin // PIERS Online. - 2009. - V. 5, № 5. -P. 411-415.

87. Миронов, В.Л. Простая температурная диэлектрическая модель влажных почв на частоте 1,4 ГГц / В. Л. Миронов, Л. Г. Косолапова // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2012. - Т. 55, № 8/3. - С. 120-123.

88. Миронов, В. Л. Зависимости диэлектрических спектров связанной и свободной почвенной воды в диапазоне частот от 0,3 до 26,5 ГГц от минерального состава почв / В. Л. Миронов, С. В.Фомин, F. Demontoux // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2010. - Т. 53, № 9/3. - С. 235-240.

89. Mironov, V. L. Temperature and mineralogy dependable model for microwave dielectric spectra of moist soils / V. L. Mironov, S. V. Fomin // PIERS Proceedings. Moscow, Russia.

- Aug. 18-21, 2009. - P. 938-942.

90. Mironov, V. L. Temperature and texture dependent dielectric model for moist soils at 1.4 GHz / V. L. Mironov, Y. H. Kerr, J.-P. Wigneron, L. Kosolapova, F. Demontoux // IEEE Geosci. Remote Sens. Letters. - 2013. - V. 10, № 3, - P. 419-423.

91. Mironov, V. A temperature-dependent multi-relaxation spectroscopic dielectric model for thawed and frozen organic soil at 0.05-15 GHz / V. Mironov, I. Savin // Phys. Chem. Earth A/B/C. - 2015. - V. 83-84. - P. 57-64.

92. Mironov, V. L. Joint studies of water phase transitions in Na-bentonite clay by calorimetric and dielectric methods / V. L. Mironov, A. Yu. Karavayski, Yu. I. Lukin, E. Pogoreltsev // I Source: Cold Regions Science and Technology. - 2018. - V. 153. - P. 172-180.

93. Mironov, V. L. Experimental Analysis and Empirical Model of the Complex Permittivity of Five Organic Soils at 1.4 GHz in the Temperature Range From -30 °C to 25 °C / V. L. Mironov, L. G. Kosolapova, S. V. Fomin, I. V. Savin // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens.

- 2019. - V. 57, №. 6. - P. 3778-3787, 2019

94. Беляева, Т. А. Диэлектрические свойства капиллярно-менисковой почвенной влаги / Т. А. Беляева, П. П. Бобров, О. В. Кондратьева, А. В. Репин // Исследование Земли из космоса. - 2011. - № 3. - С. 55-64.

95. Беляева, Т. А., Зависимость диэлектрической проницаемости связанной воды в бентоните от влажности и температуры / Т. А. Беляева, П. П. Бобров, В. Л. Миронов, О. В. Родионова // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2014. - Т. 11. - № 3. - С. 288-300.

96. Беляева, Т. А. Определение параметров моделей диэлектрической проницаемости почв с различной плотностью и различным содержанием гумуса по данным экспериментальных измерений в частотном диапазоне 0,1-20 ГГц / Т. А. Беляева, А. П. Бобров, П. П. Бобров, О. В. Галеев, В. Н. Мандрыгина // Исследование Земли из космоса. - 2003. - № 5. - С. 28-34.

97. Бобров, П. П. Моделирование динамики почвенной влаги при испарении с учетом влияния гумуса на гидрофизические свойства почв и на динамику собственного радиотеплового излучения / П. П. Бобров, В. И. Убогов, О. В. Галеев // Омский науч. вест. Омск: ОмГТУ - 2003. - Вып. 2 (23). - С. 84-87.

98. Park, C.-H. A Dielectric Mixing Model Accounting for Soil Organic Matter / C.-H. Park, C. Montzka, T. Jagdhuber, F. Jonard, G. De Lannoy, J. Hong, T. J. Jackson, V. Wulfmeyer // Vadose Zone Journal. - 2019. - V. 18, issue 1. - P. 1-19.

99. Myers, M. T. A. Pore Geometry Dependent Dispersion Model for the Dielectric Constant [Электронный ресурс] / M. T. A. Myers // SCA Conference. - 1996. - Paper Number 9626. - Режим доступа URL: http://www.ux.uis.no/~s-skj/ipt/Proceedings/SCA.1987-2004/1-SCA1996-26.pdf

100. Wagner, N. On the relationship between matric potential and dielectric properties of organic free soils: a sensitivity study / N. Wagner, A. Scheuermann // Can. Geotech. J. -2009. - V. 46, № 11. - P. 1202-1215.

101. Wagner, N. Dielectric relaxation behavior of callovo-oxfordian clay rock: a hydraulic-mechanical-electromagnetic coupling approach / N. Wagner, T. Bore, J-C. Robinet, D. Coelho, F. Taillade, S. Delepine-Lesoille // J. Geophvs. Res.: Solid Earth. - 2013. -V.118. № 9. - P. 4729-4744.

102.Wagner, N. On the coupled hydraulic and dielectric material properties of soils: combined numerical and experimental investigations / N. Wagner, A. Scheuermann, M. Schwing, F. Bonitz, K. Kupfer // Proc. 9th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances, ISEMA 2011. - May 31-June 3, 2011. -P.152-161.

103.Hilhorst, M. Dielectric relaxation of bound water versus soil matric pressure / M. Hilhorst, C. Dirksen, F. Kampers, R. Feddes // Soil Sci Soc Am J. - 2001. - V. 65. - P. 311-314.

104.Flaschke, T. Dielectric soil water content measurements independent of soil properties / T.

Flaschke, H.-R. Trankler // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. -1999. - V.48. - № 1. - P. 37-41.

105.Hu, Q. Microwave Dielectric Behavior of Moist Salt Soil - Experimental Observations and Improved Dielectric Models / Q. Hu, Y. Shao, H. Guo // Proceedings of the IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. Toulouse, France. - 21-25 July, 2003. - P. 1685-1687.

106.Loewer, M. Ultra-broad-band electrical spectroscopy of soils and sediments - a combined permittivity and conductivity model / M. Loewer, T. Günther, J. Igel, S. Kruschwitz, T. Martin, N. Wagner // Geophys. J. Intern. - 2017. - V. 210, № 3. - P. 1360-1373.

107.Skierucha, W. A FDR Sensor for Measuring Complex Soil Dielectric Permittivity in the 10-500 MHz Frequency Range / W. Skierucha, A. Wilczek // Sensors. - April, 2010. - № 10. - P. 3314-3329.

108.Bobrov, P. P. Wideband Frequency Domain Method of Soil Dielectric Properties Measurements / P. P. Bobrov, A. V. Repin, O. V. Rodionova // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 2015. - V. 53, № 5. - P. 2366-2372.

109.Chen, Y. Effects of Maxwell-Wagner polarization on soil complex dielectric permittivity under variable temperature and electrical conductivity / Y. Chen, D. Or // Water Resources Research. - 2006. - V. 42. - P. 1-14.

110.Chelidze, T. L. Electrical spectroscopy of porous rocks: A review-I. Theoretical models / T. L. Chelidze, Y. Gueguen // Geophys. J. Int. - April, 1999. - V. 137, № 1. - P. 1-15.

111.Maineult, A. Variations of petrophysical properties and spectral induced polarization in response to drainage and imbibition: a study on a correlated random tube network / A. Maineult, D. Jougnot, A. Revil // Geophysical Journal International. - 2018. - V. 212. - P. 1398-1411.

112.Lapina, A. S. Elecromagnetic Waves Attenuation in the Sandstones with Grains of Different Size at Imbibition and Drying / A. S. Lapina, P. P. Bobrov // Progress in Electromagnetics Research M. - 2016. - V. 45. - Р. 9-16.

113.Lapina, A. S. Hysteresis of the NMR response and the complex relative permittivity of the quartz granules powders and solid sandstones during the water imbibition and drainage / A. S. Lapina, P. P. Bobrov, N. A. Golikov, A. V. Repin, M. Y. Shumskayte // Measurement Sci. Technol. - 2017. - V. 28, № 1. - P. 014007.

114.Лапина, А. С. Гистерезис диэлектрической проницаемости и эквивалентной удельной электропроводности увлажненных порошков кварцевых гранул разных размеров / А. С. Лапина, П. П. Бобров // Известия вузов. Физика. - 2015. - Т. 58. № 8/2. - С. 17-21.

115.Dexter, A. R. Changes in the matric potential of soil water with time and temperature / A. R. Dexter, G. Richard, E. A. Czyz, G. Giot // Soil Science. - 2010. - V. 175(7). - P. 320328.

116.Миронов, В. Л. Обобщенная рефракционная диэлектрическая модель влажных почв, учитывающая ионную релаксацию почвенной воды / В. Л. Миронов, П. П. Бобров, С. В. Фомин, А. Ю. Каравайский // Известия Вузов. Физика. - 2013. - Т.56 № 3. -С.75-79.

117.Mironov, V. L. Multirelaxation generalized refractive mixing dielectric model of moist soils / V. L. Mironov, P. P. Bobrov, S. V. Fomin // IEEE Geosci. Remote Sens. Letters. -2013. - V. 10, № 3. - P. 603-606.

118.Бобров, П. П. Спектры диэлектрической проницаемости нефтеводонасыщенных песчано-глинистых пород различного минералогического состава и релаксационные свойства воды в этих породах / П. П. Бобров, В. Л. Миронов, А. В. Репин // Геология и геофизика. - 2015. - Т. 56. № 7. - С. 1359-1368.

119.Бобров, П. П. Влияние связанной воды на комплексную диэлектрическую проницаемость нефте-водонасыщенных песчано-глинистых пород / П. П. Бобров, А. С. Лапина, А. В. Репин // НТВ "Каротажник". Тверь: Изд. АИС. - 2013. - Вып. 230, № 8. - С. 56-68.

120.Лукин, Ю. И. Диэлектрическая спектроскопия воды в минеральных почвогрунтах при положительных и отрицательных температурах: диссертация на соискание уч. степени к. ф.-м. наук: 01.04.01 / Лукин Юрий Иванович. - Красноярск, 2011. - 200 с.

121.Bobrov, P. P. Effect of the rock/water/air interaction on the complex dielectric permittivity and electromagnetic waves attenuation in water-saturated sandstones / P. P. Bobrov, A. S. Lapina, A. V. Repin // Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS) Proceedings. Prague. - July 6-9, 2015. - С. 1877-1879. б.

122.^rcone, S. A. Maxwell-Wagner relaxation in two desert soils at medium and high water contents: Interpretation from modeling of time domain reflectometry data / S. A. Arcone, S. A. Grant, G. E. Boitnott // IEEE J. Sel. Topics Appl. Earth Observ. Remote Sens. - 2016. - V. 9, № 1. - P. 201-211.

123.Бобров, П. П. Диэлектрическая спектроскопия - перспективный метод исследования петрофизических характеристик кернов / П. П. Бобров, Н. А. Голиков, А. В. Репин // В книге: Геомодель 2020. 22-я научно-практическая конференция по вопросам геологоразведки и разработки месторождений нефти и газа. - 2020. - С. 17.

124.Lima, de O. A. L. A generalized Maxwell- Wagner theory for membrane polarization in shaly sands / O. A. L. de Lima, M. M. Sharma // Geophysics. - 1992. - V. 57, № 3. - P.

431-440.

125.Roth, K. Calibration of time domain reflectometry for water content measurement using a composite dielectric approach / K. Roth, R. Schulin, H. Fluhler, W. Attinger // Water Resources Research. - 1990. - V. 26, № 10. - P. 2267-2273.

126.Alvarez, R. Complex dielectric permittivity in rocks: A method for its measurement and analysis / R. Alvarez // Geophysics. - 1973. - V. 38, № 5. - P. 920-940.

127.Buff, P. M. Cole-Cole dispersion models for aqueous gelatin-syrup dielectric composites / P. M. Buff, M. B. Steer, G. Lazzi // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing.

- 2006. - V. 44, № 2. - P. 351-355.

128.Эпов, М. И. Диэлектрическая релаксация в глинистых нефтесодержащих породах / М. И. Эпов, П. П. Бобров, В. Л. Миронов, А. В. Репин // Геология и геофизика. - 2011.

- Т. 52, № 9. - С. 1302-1309.

129. Van Beek, L. K. H. The Maxwell-Wagner-Sillars effect, describing apparent dielectric loss in inhomogeneous media / L. K. H. Van Beek // Physica. - January, 1960. - V. 26, № 1. -P. 66-68.

130.Arcone, S. A. Maxwell-Wagner relaxation in common minerals and a desert soil at low water contents / S. A. Arcone, G. E. Boitnott // J. Appl. Geophys. - 2012. - V. 81. - P. 97105.

131.Родионова, О. В. Метод измерения комплексной диэлектрической проницаемости почвогрунтов в широкой полосе частот: диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук: 01.04.03 / Родионова Ольга Васильевна; науч. рук. Бобров П. П.; Омск. гос. пед. ун-т. - Омск: [б. и.], 2016. - 136 c.

132.Бобров, П.П. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости образца в одной ячейке от десятков герц до единиц гигагерц / П. П. Бобров, О. В. Кондратьева, А. В. Репин // Известия вузов. Физика. - 2012. - № 8/3. - С. 23-26.

133. Талалов, А. Л. Модель электрических свойств водонасыщенных горных породдля частотного диапазона 103 - 109 Гц / А. Л. Талалов // Известия вузов. Геология и разведка. - 2003. - № 1. - С. 75-80.

134.Ishida, T. Dielectric-relaxation spectroscopy of kaolinite, montmorillonite, allophane and imogolite under moist conditions / T. Ishida, T. Makino C. Wang // Clays and Clay Minerals. - 2000. - V. 48, № 1. - P. 75-84. 135.Kavian, M. Measured electric responses of unconsolidated layered and brine-saturated sand and sand-clay packs under continuous fluid flow conditions / M. Kavian, E. C. Slob, W. A. Mulder // Journal of Applied Geophysics. - 2012. - Vol. 80. - P. 83-90. 136.Stogrin, А. Equations for calculating the dielectric constant for saline water / А. Stogrin //

IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques. - 1971. - V. 19, № 8. - P. 733-736.

137. Titov, K. Relationships between induced polarizationrelaxation time and hydraulic properties of sandstone / K. Titov, A. Tarasov, Yu. Ilyin, N. Seleznev, A. Boyd // Geophysical Journal International. - 2010. - V.180. - P. 1095-1106.

138.Mavko, G. The Rock Physics Handbook, Second Edition. Tools for Seismic Analysis of Porous Media / G. Mavko, T. Mukerji, J. Dvorkin - Cambridge: Cambridge University Press, 2009. - 511 p.

139. Fedotov, G. N. The role of organomineral gel in the origin of soil resistivity: Concept and experiments / G. N. Fedotov, D. V. Zhukov, Yu. D. Tret'yakov, A. I. Pozdnyakov // Eurasian Soil Science. - 2005. - V. 38, № 5. - P. 492-500.

140. Fedotov, G. N. Structural transition in the humic matrix of soil gels and its effect on the soil properties / G. N. Fedotov, S. A. Shoba, A. I. Pozdnyakov, A. E. Puzanova // Eurasian Soil Science. - 2014. - V. 47, № 9. - P. 873-883.

141. Shein, E. V. Soil hydrology: stages of development, current state, and nearest prospects / E. V. Shein // Eurasian Soil Science. - 2010. - V. 43, № 2. - P. 158-167.

142. Mironov, V. L. Soil dielectric spectroscopic parameters dependence on humus content / V. L. Mironov, P. P. Bobrov // in Proc. IEEE Int. Geosci. Remote Sensing. Symp. (IGARSS). Toulouse, France. - 21-25 July, 2003. - V. 2. - P. 1106-1108.

143. Liu, J. The influence of organic matter on soil dielectric constant at microwave frequencies (0.5-40 GHz) / J. Liu, S. Zhao, L. Jiang, L. Chai, F. Wu // in Proc. IEEE Int. Geosci. Remote Sensing. Symp. (IGARSS). Melbourne, Victoria, Australia. - 21-26 July 2013. - P. 13-16.

144. Mironov, V. L. Physically and mineralogically based spectroscopic dielectric model for moist soils / V. L. Mironov, L. G. Kosolapova, S. V. Fomin // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. - 2009. - V. 47, № 7. - P. 2059-2070.

145.Curtis, J. O. Effect of soil composition on dielectric properties / J. O. Curtis, C. A. Weiss, Jr. and J. B. Everett // U.S. Army Corps Eng. Waterways Experiment Station. Vicksburg, MS, Tech. Rep. - Dec. 1995. - EL-95-34.